Читайте данную работу прямо на сайте или скачайте
Роботизация и применение промышленных роботов
План:
1. Введени.....3
2. Основные сведения о робототехник......5
3. Истоки робототехникиЕЕ............10
4. Что могут делать роботы............15
5. Основные задачи.17
5.1. Манипуляция изделиями и заготовкамиЕЕ.......................17
5.1.1. Загрузочно-разгрузочные работыЕЕ......17
5.1.2. Перенос изделий с одной производственной установки на другую.......18
5.1.3. паковка.......19
5.1.4. Погрузка тяжёлых предметов на конвейер или паллеты.........................20
5.2. Обработка деталей и заготовок..................................................................20
5.2.1. Сварка...........................................................................................................20
5.2.2. Обработка резаньем.....................................................................................21
5.2.2.1. Сверление.....................................................................................................21
5.2.2.2. Бесконтактная обработка заготовок..........................................................22
5.3. Нанесение различных составов на поверхность.......................................24
5.4. Чистовая обработка.....................................................................................24
5.5. Испытания и контроль................................................................................25
5.6. Сборка...........................................................................................................26
5.7. Монтаж печатных плат...............................................................................27
6. Заключение...................................................................................................29
7. Список использованной литературы.........................................................30
1. Введение.
Промышленная робототехника является одним из новых направленний автоматизации производственных процессов, начало развития, которого в наншей стране относится к последнему десятилетию. Комплексныйа подход к реншению технико-экономических и социальных задач, связанных с внедрением промышленных роботов, позволил высвободить большое количество рабочих. В процессе создания, производства и внедрения роботов приходилось сталкиваться с решением ряд сложных научно-технических проблем. Получен большой, опыт по разработке робототехнических комплексов (РТК)а и организации автонматизированного производства на базе промышленных роботов. Все эти вопросы представляют, по моему мнению значительный интерес как для широкого круга специалистов, конструкторов и производителей различных отраслей, которые заняты в настоящее время работойа по величению производства и широкому применению роботов воа всеха отрасляха народного хозяйства, так и для всех специалистов, работающих в области автоматизации производственныха процессов.
Современный этап научно-технической революции характеризуется комплексной автоматизацией производства на базе систем машин-автоматов. До недавних пор в основном применяли специализированные автоматы и автоматические линии, незаменинмые в массовом производстве, но нерентабельные в словиях серийнного и мелкосерийного производства из-за высокой стоимости, также длительности разработки, внедрения и перена-ладки их на новую продукцию. Традиционное правляемое вручную оборудонвание обеспечивает достаточную гибкость производства, но тренбует примене-ния квалифицированного труда рабочих и имеет низкую производительность.
За последние десятилетия автоматизация основных технологинческих операций (формообразование и изменение физических свойств деталей) достигла такого ровня, что вспомогательные операции, связанные с транспортировкой и складированием деталей, разгрузкой и загрузкой технологического оборудования, выполняемых вручную либо с помощью существующих средств механизации и автоматизации, являются тормозом как в повышеннии производительности труда, так и в дальнейшем совершенствонвании технологии. Обычными методами с помощью существующих технических средств невозможно автоматизировать сборочные, сварочные, окрасочные и многие другие операции. Все это привело к острым противоречиям между совершенством промышленной техники и характером труда при ее использовании, потребностью в трудовых ресурсах и их фактическим наличием, требованиями интенсификации производственных процессов и ограниченными психофизиологическими возможностями человека. Эти причины социального, экономического и технического характера, ставшие основными сдерживающими факторами в развитии производства и даль-нейшем повышении производительности труда, также совнременные достижения в создании орудий производства, вычиснлительной техники и электроники привели к бурному развитию робототехники - отрасли, создавшей и производящей новую разнновидность автоматических машин - промышленные роботы. По замыслу разработчиков эти машины предназначены для замены человека на опасных для здоровья, физически тяжелых и тонмительно однообразных ручных работах. Свое название они полунчили благодаря реализованной в них идеи моделирования двигантельных, правляющих и, в некоторой степени, приспособительных функций рабочих, занятых на повторяющихся трудовых опенрациях по разгрузке-загрузке технологического оборудования, управлению работой этого оборудования, межоперационному перемещению и складированию деталей, также на различных сборочных, сварочных, окрасочных и других операциях, выполнянемых с применением переносных орудий труда.
Промышленные роботы (ПР) оказались тем недостающим звенном, появление которого позволило решать задачи комплексной автоматизации на более высоком ровне, объединяя средства пронизводства предприятия в единый автоматизированный комплекс.
2. Основные сведения о робототехнике.
Ближайшими по назначению прототипами для ПР послужили автооператоры и механические руки, же давно применяющиеся в промышленности, но не довлетворяющие производственников по причинам их зкой специализации, плохой переналаживаемости, небольшого числа выполняемых функций и ограниченной (массовым и крупносерийным производством) области применения. Недостатки, присущие этим прототипам, в конструкциях ПР были в значительной степени странены посредством величения их манипуляционных возможностей, снабжения собственной системой привода и системой программного правления. Благодаря этому созданные стройства приобрели качественно новые свойства: автономность в смысле невстроенности в технологическое оборудонвание и способность работать автоматически по заданной пронграмме, ниверсальность, т. е. способность перемещать в пронстранстве объекты различного типа по сложным пространственным траекториям, сопрягаемость с достаточно большим количеством типов технологического оборудования и хорошую переналаживаемость на различные сменяющиеся виды работ.
В настоящее время под роботом понимают автоматический манипулятор с программным правлением. В зависимости от частия человека в процессах правления роботами их подразденляют на биотехнические и автономные или автоматические.
К биотехническим роботам относятся дистанционно правнляемые копирующие роботы; экзоскелетоны; роботы, правлянемые человеком с пульта правления, полуавтоматические роботы.
Дистанционно правляемые копирующие роботы снабжены задающим органом (например, манипулятором, полностью иденнтичным исполнитель-ному), средствами передачи сигналов прямой и обратной связи и средствами отображения информации для человека-оператора о среде, в которой функ-ционирует робот.
Экзоскелетоны выполняются в виде антропоморфных конструкнций, обычно надеваемых на руки, ноги или корпус человека. Они служат для воспроизведения движений человека с некоторыми необходимыми силиями и имеют иногда несколько десятков степеней подвижности.
Роботы, правляемые человеком с пульта правления, снабжанются системой рукояток, клавиш или кнопок, связанных с исполннительными механизмами каналов правления по различным обобщённым координатам. На пульте правления станавливают средства отображения информации о среде функционирования робота, поступающей к человеку по радиоканалу связи.
Полуавтоматический робот характерен сочетанием ручного и автомати-ческого правления. Он снабжен супервизорным управнлением для вмешательства человека в процесс автономного функнционирования робота путем сообщения ему дополнительной информации с помощью казания цели, последовательности действий и т. п.
Роботы с автономным или автоматическим правлением обычно подразделяют на производственные и научно-исследовательские роботы, которые после создания и наладки в принципе могут функционировать без частия человека.
По областям применения производственные роботы подразденляют на промышленные, сельскохозяйственные, транспортные, строительные, бытовые и т. п.
За короткий период развития роботов произошли большие изменения в элементной базе, структуре, функциях и характере их использования. Это привело к делению роботов на поколения.
Роботы первого поколения (программные роботы) имеют жестнкую программу действий и характеризуются наличием элементарнной обратной связи с окружающей средой, что вызывает определеые ограничения в их применении.
Роботы второго поколения (очувствленные роботы) обладают коор-динацией движений с восприятием. Они пригодны для малоквалифици-рованного труда при изготовлении изделий. Программа движений робота требует для своей реализации правляющей ЭВМ.
Неотъемлемая часть роботов второго поколения - алгоритнмическое и программное обеспечение, предназначенное для обранботки сенсорной информации и выработки правляющих воздейнствий.
Роботы третьего поколения относятся к роботам с искусствеым интеллектом. Они создают словия для полной замены челонвека в области квалифицированного труда, обладают способностью к обучению и адаптации в процессе решения производственных задач. Эти роботы способны понимать язык и вести диалог с челонвеком, формировать в себе модель внешней среды с той или иной степенью детализации, распознавать и анализировать сложные ситуации, формировать понятия, планировать поведение, строить програм-мные движения исполнительной системы и осуществлять их надежную отработку.
Появление роботов различных поколений не означает, что они последовательно приходят на смену друг другу. В процессе развинтия совершенствуются функциональные возможности и техниченские характеристики роботов различных поколений.
К роботам первого поколения относят обычно промышленные роботы. По количеству внедренных ПР наша страна занимает одно из ведущих мест в мире.
Блок-схема ПР представляет собой сложную конструкцию (рис.1), включающую ряд систем: механическую, приводов управления, связи с оператором, информационную, также опенрационное устройство.
Рисунок 1- Блок-схема промышленного робота.
Механическую систему выполняют, как правило, в виде манипулятора, имеющего несколько степеней подвижности, укрепленного на неподвижном или подвижном основании; она обеспечивает перемещенние рабочего органа с определенным грузом. Форма и габаритные размеры манипулятора определяются видом и особенностями технологического пронцесса, для которого он предназначен. Созданные модели ПР представляют собой по существу многокоординатные манипуляторы с программным правнлением, программируемые по первому циклу. Их системы правления помимо основных функций по правлению двинжением рабочих органов манипулянтора обеспечивают выдачу сигналов на обслуживаемое оборудование, прием сигналов от простейших датчиков внешнней информации, работающих по принципу Да-Нет, и использованние этих сигналов в целях выбора той или иной подпрограммы работы из числа заданных оператором. Наличие внешнего контура правнления существенно расширило области применения созданных ПР, так как позволило использовать их по отношению к автоматизинрованному процессу не только в качестве ниверсальных манипунлирующих, но также и в качестве управляющих стройств. Наличие датчиков и соответствующих электронных схем внешней информации придало этим ПР принципиально новую способность адаптации к изменяющимся словиям работы.
Привод для каждой из координат ПР обеспечивает силовое воздействие на соответствующий механизм, осуществляющий задаваемое перемещение. Приводом служит автоматическая синстема, входным сигналом которой является детерминированное воздействие правляющей системы, а выходным сигналом - механическое перемещение.
Разработка типажа ПР, имеющего существенное значение для организации их производства, проведения научно-исследовательнских и опытно-конструкторских работ еще не закончена. В настоянщее время наиболее разработан типаж ПР первого поколения. Так, например, в станкостроительной и инструментальной пронмышленности по структуре типаж этих ПР подразделяют на слендующие группы и подгруппы: ниверсальные ПР, обслужинвающие различное технологическое оборудование и выполняющие различные основные технологические операции; целевые ПР подъемно-транспортной группы (многоцелевые), обслуживающие различное технологическое оборудование, выполняющие транспортно-складские и специальные работы; целевые ПР производнственной группы (многоцелевые) для выполнения различных технонлогических операций сварки, очистки и подготовки деталей, окраски и нанесения понкрытий, разборки, коннтроля, измерения, отбранковки, разметки и сборки.
3. Истоки робототехники.
Человечество стремилось создать амеханическое аподобие себя задолго до
того, как абыли начаты первые аработы в этом направлении, которые ав конце
концов привели в аначале 60-х годов к спешному применению промышленных
роботов.
В атечение авсей аистории ачеловечество ав асвоем авоображении создавало
машины, анаделенные аспособностью ачувствовать а(по крайней мере частично).
В древних агреческих амифах абога аогня Гефеста асопровождали, апомогая аему,
двеа живые статуи аиз чистого азолота. Позднее аон апостроил абронзового
гиганта Таласа адля аохраны аострова Крит аот авражеского нашествия. Более
двуха атысяч алет аназад Герои лександрийский ав Трактате ао апневматике
описал множество втоматов, атаких акак адвижущиеся афигуры аи апоющие
птицы, - апрямо адревнегреческий Диснейленд. Интересно, ачто аэти
замечательные аигрушки аоставались аединственныма ареальным применением
пневматики.
Примерно ав а1500 г. Леонардо ада Винчи апостроил адля Людовик аXII
Механического альва, акоторый апри авъезде короля ав Милан авыдвигался,
раздирала акогтями агрудь аи апоказывал агерб ранции. Такие апостоянно
усложняющиеся механические автоматы оставались модными и на протяжении
последующих ачетырех астолетий. Но слово алробот вошло в английский язык
лишь ав аначале адвадцатого авека после атого, как появилась апьес Карела
Чапека ал.R U. R. а(Россумские ауниверсальныеа ароботы). В пьесе алроботы
выращивались биологическима апутем, аи аих нельзя абыло аотличить от людей,
разве ачто только апо аотсутствию аэмоций. Сам атермин абыл аобразована от
чешского слова работа, означающего принудительный труд, и от слова лработник, означающего раб. Хотя эти создания в пьесе получили бы сегодня скорее название ландроиды, чем лроботы (которые, как теперь считается, должны быть механическими), неправильное потребление этого слова стало повсеместным.
Слово лроботикс (робототехника) придумано мастером научной фантастики писателем Айзиком Азимовым. В рассказе Скиталец, появившемся в марте 1942 г. в сборнике Поразительная научная фантастика, А. Азимов впервые выдвинул три знаменитых закона робототехники:
1. Робот не может причинить вред человеку или своим бездействием позволить причинить вред человеку.
2. Робот должен исполнять приказы, отданные человеком, за исключением тех случаев, когда эти приказы нарушили бы первый закон.
3. Робот должен защищать себя, если это не нарушает первого или второго законов.
Хотя А. Азимов в то время и не осознавал, но именно тогда впервые появилось в печати слово лробототехника. Джо Энгельбергер, основатель фирмы Юни-мейшн, считающийся отцом современной промышленной робототехники, отметил, что три закона А. Азимова до сегодняшнего дня остаются теми стандартами, которым при проектировании должны следовать специалисты по робототехнике.
Что такое робот?
До настоящего времени не выработано единой концепции относительно того, из чего же состоит робот. Даже в отношении сравнительно недавно появившегося понятия промышленный робот нет международного соглашения о его определениях - границы термина станавливаются весьма произвольно.
Например, в Японии роботом называется стройство, действующее по принципу взять-положить, т. е. простая механическая рука, движения которой ограничены механическими порами. Однако на Западе подобное стройство, не обладающее гибкостью (если кто-нибудь не передвинет поры), считается особым видом жесткого автомата, не роботом. Итак, когда же мы имеем дело с робототехнической системой, когда просто с традиционной формой автоматики?
Например, поставлена задача: отрезать кусок от большого металлического листа. Рассмотрим как саму операцию резания, так и манипулирование с листом. Варианты решения этой задачи в соответствии с ровнем сложности используемых технических средств можно представить в такой последовательности:
1. Человек вручную сгибает лист вперед-назад, пока не отломится кусок металлического листа.
2. Лист разрезается с помощью ручного инструмента.
3. Лист разрезается с помощью инструмента с каким-либо силовым приводом.
4. Лист разрезается на специальном оборудовании под правлением человека.
5. Режущий станок автоматически выполняет заданную последовательность
резки, которую нельзя изменить; загрузку листа осуществляет человек либо поточная линия.
6. стройство типа взять-положить берет лист из единственного фиксированного положения и загружает в станок, который затем отрезает лист в заданной последовательности. Положение листа для захвата и последовательность операций резки могут быть изменены путем механической переналадки станка.
7. Простой робот с позиционной системой правления забирает лист из произвольного положения и загружает его в станок, который вырезает один из нескольких возможных профилей и конфигураций (возможных в зависимости от того, откуда робот берет лист).
8. Робот с контурным правлением по сплошной траектории мягко берет один из многих листов и с правляемым ускорением загружает его в станок, который вырезает один из многих сложных профилей.
9. Вся робототехническая система является частью значительно большей системы, правляемой компьютером. Виды профилей могут изменяться в зависимости от номенклатуры производимых изделий.
10. Вся робототехническая система использует значительный объем визуальной и тактильной информации, например, для поиска листа.
Уровни с первого по шестой считаются (на Западе) жесткой (или специализированной) автоматизацией, хотя ясно, что на шестом ровне же достигается значительная гибкость. Седьмой уровень представляет собой простейшую робототехническую систему, поскольку возможность изменения запрограммированных движений манипулятора позволяет классифицировать его как робот. Далее, металлорежущий станок может быть снабжен устройством числового программного правления (ЧПУ). Такой автоматический станок правляется мини- или микрокомпьютером с использованием предварительно записанной последовательности операций механической обработки деталей. Однако, хотя его и можно перепрограммировать, станок с ЧПУ нельзя отнести к роботам, поскольку он может, например, только резать металл. стройства ровней 9 и 10 уже находят ограниченное применение на заводах, однако их широкое распространение сдерживается необходимостью решения ряда проблем. Сейчас приняты различные определения роботов. Как правило, роботами называют механизмы, которые целиком или частично имитируют человекЧвнешность, действия, иногда то и другое. Что же касается определений промышленного робота, то они различаются по степени общности. Например, Японская ассоциация промышленных роботов подразделяет роботы по уровню сложности на шесть классов: ручные манипуляторы; стройства типа лвзять-положить; программируемые манипуляторы; роботы, обучаемые вручную; роботы, управляемые на языке программирования; роботы, способные реагировать на окружающую среду. В Европе и США термин промышленный робот не включает первые два класса японской трактовки. Британская ассоциация по робототехнике (БАР) определяет робот как перепрограммируемое стройство, предназначенное для манипулирования и транспортировки деталей, инструментов или специализированной технологической оснастки посредством вариабельных программируемых движений по выполнению конкретных производственных задач. Определение, используемое Американским институтом по робототехнике, в основном схоже с трактовкой БАР и характеризует робот как перепрограммируемый многофункциональный манипулятор, предназначенный для перемещения материалов, деталей, инструментов или других специальных стройств посредством программируемых движений для выполнения разнообразных задач.
Таким образом, термином алробот, как аон атрактуется ана Западе, ане
охватываются такие стройства как дистанционно правляемые манипуляторы (телеоператоры), искусственные конечности, основанные на принципах бионики, или протезы, поскольку эти стройства правляются человеком, хотя они и основаны на той же технологии, что и роботы.
Отнесение японцами к роботам стройств типа взять-положить и ручных манипуляторов серьезно затрудняет сравнение статистики производства и использование роботов в Японии, Западной Европе и США. Однако для того, чтобы преодолеть эту путаницу, японцы предложили термин мехатроника, делающий акцент на взаимосвязи механики и электроники как главной особенности всех видов этой техники.
4. Что могут делать роботы.
Применение современных промышленных роботов величивает производительность оборудования и выпуск продукции, лучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок. Исследования показывают, что подавляющее большинство деталей, закупаемых даже военными организациями, были выпущены партиями менее 100 штук, в Великобритании согласно проведенным оценкам примерно 75 % всех металлических деталей выпускалось партиями менее 50 штук. Роботы еще не обладают многими важнейшими качествами, присущими человеку, например не способны к разумному реагированию на непредвиденную обстановку и изменение рабочей среды, к самообучению на основе собственного опыта, использованию тонкой координации системы лрука - глаз. Роботы с захватами или подобные им применяются для выполнения манипуляционных операций, например при далении заусенцев, литье, очистке слитков, ковке, термообработке, точном литье, обслуживании станков на погрузке-разгрузке, формовке, паковке, размещении деталей в паллеты и складировании. Руки роботов вместо захватов могут оснащаться различными инструментами для выполнения работ, начиная с покраски распылением, нанесения клеевых и изоляционных покрытий и кончая сверлением, зенкованием, закручиванием гаек, шлифовкой, пескоструйной очисткой. Кроме того, роботы можно использовать для точечной и дуговой сварки, тепловой обработки и резания с помощью пламени или лазера, также при очищении с помощью водяных струй. Следует отметить, что первоначальные иллюзии о возможности создать ниверсальный робот, способный выполнить почти любую работу - от сборки до точечной сварки, теперь в значительной степени развеяны. В настоящее время роботы приобретают специализацию, становясь покрасочными роботами, сварочными роботами, сборочными роботами и т. д.
Наконец, в отношении потенциальной замены рабочих стальными воротничками следует помнить, что робот может заменить только того, кто лработает, как робот. Однако недалеко то время, когда роботы смогут заменить людей не только на томительной, повторяющейся или тяжелой работе, но и на работах, которые, как считалось раньше, требуют сноровки, приобретаемой с опытом. Поэтому вполне понятно, что у многих распространение роботов вызывает беспокойство в связи с возможным ростом безработицы.
С появлением сложных робототехнических стройств нельзя более тверждать, что роботы просто заменят людей на непривлекательных работах, однако человечеству грозит деградация, если оно, опасаясь безработицы, будет продолжать работать на нудных однообразных работах.
5. Основные задачи.
Рассмотрим конкретные задачи, которые роботы решают в настоящее время на промышленных предприятиях. Их можно разделить на три основных категории:
- манипуляции заготовками и изделиями
- обработка с помощью различных инструментов
-сборка.
5.1. Манипуляции изделиями и заготовками.
При разгрузочно-загрузочных и транспортных операциях робот заменяет пару человеческих рук. В его обязанности не входят особенно сложные процедуры. Он всего лишь многократно повторяет одну и туже операцию в соответствии с заложенной в нем (роботе) программой. Рассмотрим типичные применения таких роботов.
5.1.1. Загрузочно-разгрузочные работы.
Во многих отраслях машиностроительной промышленности используются становки для литья, резки и ковки. В большинстве случаев последовательность выполняемых ими операций весьма проста. Вначале заготовки загружают в производственную становку, которая затем обрабатывает их строго определенным образом, и, наконец, готовые детали извлекают из нее. Загрузку и разгрузку, как правило, выполняют рабочие или в тех случаях, когда применимы средства жесткой автоматизации, специализированные механизмы, рассчитанные на операции только одного вида. Роботы могут здесь оказаться полезными, если характер таких загрузочно-разгрузочных операций время от времени меняется.
Например, в литейном производстве роботы используются как для дозированной разливки расплавленного алюминия, так и для извлечения из пресс-формы затвердевших отливок и охлаждениях. Такой подход обладает двумя преимуществами. прежде всего роботы гарантируют более строгое соблюдение требований технологического процесса : действую и соответствии с заданной программой, они всегда вводят в становку точно дозированное количество металла. Затем в строго определенные моменты времени они извлекают из нее отформованныеа детали. Благодаря точному соблюдению технологического процесса строго соблюдаются и характеристики изделий.
Второе преимущество данного подхода заключается в том, что значительно облегчается работа оператора. Извлечение раскаленного куска металла из пресс-формы одна из мало привлекательных работ, и желательно, чтобы ее выполнял робот. Таким образом роль человека сводится к контролю за протеканием процесса и правлению действиями робота с помощью компьютера.
5.1.2. Перенос изделий с одной производственной становки на другую.
Во многих отраслях машиностроительной промышленности погрузочно-разгрузочные механизмы предназначены для перемещения изделий с одного производственного частка на другой. И при выполнение таких перемещений роботы играют немаловажную роль.
На заводе фирмы IBM в Пикипси (шт. Нью-Йорк), выпускающем компьютеры, роботы загружает магнитные диски в систему, где на них записывается необходимая информация. Программа, правляющая роботом, содержит инструкции относительно того, в какую из четырех становок для записи следует загружать тот или иной пустой диск. Кроме того, программа задает конкретный набор команд, который соответствующая установка должна занести на диск. Тот же робот осуществляет и два других этапа этого технологического процесса. Он извлекает диск из записывающей становки и помещает его в стройство, которое струей сжатого воздуха прижимает к поверхности диска самосклеивающуюся метку. Затем робот вынимает диск с помощью захватного приспособления и паковывает его конверт.
Подобный робот разработан и внедрен на английском автомобилестроительном заводе. Он передвигается на гусеницах между пятью производственными частками завода. Робот извлекает пластмассовую деталь автомобиля из становки для инжекторного прессования и последовательно переносит деталь на доводочные частки, где с нее снимаются обои и заусенцы. Далее робот помещает деталь на специализированный станок, который полирует ее. И, наконец, деталь перемещается с полировального станка на конвейер.
5.1.3. паковка.
Практически все бытовые и промышленные товары необходимо упаковывать, и для роботов не представляет сложности поднимать готовые изделия и помещать в какую-либо тару.
На заводах одной из кондитерских фирм Англии специализированные роботы занимаются укладкой конфет в коробки. Эти машины весьма сложны и совершенны. Во-первых, они обращаются с продукцией очень аккуратно: сжав шоколадное изделие, они могут нарушить его форму или раздавить его. Во-вторых, робот соблюдает высокую точность при кладке конфет в коробки, помещая их в определенные ячейки коробки.
5.1.4. Погрузка тяжелых предметов на конвейер или паллеты.
Помимо паковки миниатюрных изделий, также промышленных и бытовых товаров роботы иногда выполняют и погрузку тяжелых предметов. По существу они здесь заменяют подъемно-транспортные машины, правляемые оператором-человеком.
5.2. Обработка деталей и заготовок.
Хотя роботы, выполняющие обработку изделий с помощью различных инструментов и нашли пока менее широкое применение, чем аналогичное оборудование для транспортировки деталей и заготовок, они про-демонстрировали свою эффективность при решении многих задач.
5.2.1. Сварка.
Эта операция чаще всего выполняется с помощью роботов, предназначенных для манипулирования инструментом. роботы могут осуществлять два вида сварки : точечную контактную и дуговую. В обоих случаях робот держивает сварочный пистолет, который пропускает ток через две соединяемые металлические детали.
В соответствии с правляющей программой сварочный пистолет может перемещаться практически не отклоняясь от заданной траектории. И если программа отлажена хорошо, сварочный пистолет прокладывает шов с очень высокой точностью.
Большинство роботов для точечной сварки применяется в автомобильной промышленности. При сборке автомобиля необходимо выполнить огромное количество операций точечной сварки, чтобы надлежащим образом соединить между собой различные детали кузова, например боковины, крышу и капот. На современных конвейерах эти детали вначале соединяются временно несколькими прихваточными сварными соединениями. Далее кузов перемещается по конвейеру мимо группы роботов, каждый из которых осуществляет сварку в строго определенных местах. Поскольку все кузова, монтируемые на одной производственной линии, для получения высококачественных соединений просто требуется, чтобы робот каждый раз повторял заданную последовательность перемещений.
При очевидных преимуществах такого использования роботов существует ряд и серьезных технических проблем. Запрограммировать робот весьма непросто. Необходимо не только задать точный маршрут движения манипулятора, но и подготовить инструкции, в соответствии с которыми регулируется напряжение и сила тока в каждой точке маршрута. А эти параметры могут меняться, например, в зависимости от толщины свариваемого материала или от того, какую форму имеет прокладываемый шов - прямую или криволинейную.
Также необходимо сконструировать фиксаторы, держивающие детали в процессе сварки таким образом, чтобы сварка осуществлялась при высокой точности позиционирования. Когда сварочный пистолет держит человек, он способен учитывать незначительные смещения заготовки. Сварщик-человек лишь слегка сместит инструмент, с тем, чтобы выполнить шов в заданном месте. Робот же не способен принимать подобные решения, если фиксаторы допускают перекос или смещение, то существует вероятность того, что сварные швы будут расположены с отклонением. Кроме того, фиксатор должен быть таким, чтобы манипулятор имел доступ к детали с разных сторон.
Следующая проблема касается допусков на изготавливаемые детали. Сварщик-человек принимает во внимание неизбежные отклонения в размерах, но роботу подобная коррекция не под силу. Таким образом, когда сварка осуществляется с помощью автоматики, допуски на детали, изготавливаемые на других частках предприятия, должны быть минимальными.
Характер воздействия, которое роботы оказывают на другие этапы производственного процесса (весьма вероятно, что оно приведет к тесной привязке всех технологических операций), называется принципом домино в робототехнике.
5.2.2. Обработка резаньем.
5.2.2.1. Сверление.
Как правило операцию сверления осуществляют на станке. При использовании робота в его захватном приспособлении закрепляется рабочий инструмент, который перемещается над поверхностью обрабатываемой детали, высверливая отверстия в нужных местах. Преимущество подобной процедуры проявляется в тех случаях, когда приходится работать с крупногабаритными и массивными деталями или проделывать большое число отверстий.
Операции сверления играют значительную роль в производстве самолетов: они предшествуют клепке, при которой в отверстия вставляются миниатюрные зажимные детали, скрепляющие между собой два листа металла. В деталях самолетов необходимо проделывать сотни, то и тысячи отверстий под заклепки, и вполне естественно, что такую операцию поручили роботу.
Английская компания изготавливает детали механизма бомбосбрасывания, предназначенного для истребителя Торнадо. Механизм представляет собой цилиндрическую конструкцию длиной примерно 6м, к которой требуется приклепать кожух из восьми металлических панелей. В кожухе необходимо просверлить около 3 отверстий под заклепки. Проблема заключалась в том, как добиться, чтобы робот, оснащенный высокоскоростной сверлильной головкой, проделывал отверстия точно в заданных местах.
Инженеры пришли к выводу, что данную проблему можно решить следующим образом: рабочий просверливает ряд эталонных отверстий (примерно через метр друг от друга) вдоль панелей, которые размещаются надлежащим образом поверх цилиндрической конструкции. Манипулятор с закрепленным в его зажиме сенсорным зондом (а не сверлом) перемещается над поверхностью заготовки, посылая в память робота данные о местонахождении эталонных отверстий. Затем робот рассчитывает точные координаты остальных отверстий, исходя из этих базовых точек. Затем робот, завершив операцию сверления, даляет оставшиеся в отверстиях крошечные частицы металла специальным инструментом.
5.2.2.2. Бесконтактная обработка заготовок.
Из-за малой жесткости и недостаточной твердости, роботы не могут проводить обработку твердых материалов резаньем. Поэтому инженеры изучают бесконтактные методы обработки материалов, подобных металлу или пластику. Для этой цели, в частности, используется лазер. В рабочем органе робота закреплен прибор, который направляет высокоэнергетическое когерентное излучение лазера (для чего нередко используется волокно-оптическая система передачи) на обрабатываемую заготовку. Лазер может с высокой точностью резать пластины из металла, в частности стали. Робот перемещает рабочий орган над обрабатываемым листовым материалом по траектории, определяемой программой. Программой же регулируется интенсивность светового луча в соответствии с толщиной нарезаемого материала.
Другой бесконтактный метод резанья основан на использовании струи жидкости. Такой подход впервые применила компания Дженерал моторс. На ее заводе в Адриане установлена система с 10 роботами, изготавливающая пластмассовые детали нефтеналивных цистерн. Восемь из десяти роботов направляют водяные струи под высоким давлением на перемещаемые конвейером пластмассовые листы. Эти струи прорезают в исходном материале ряд отверстий и щелей, также даляют лишние элементы пластмассовых прессованных деталей. По тверждению представителей компании Дженерал моторс, подобная роботизированная система весьма экономична, поскольку исключает износ инструмента и позволяет повысить качество операций резанья. Поскольку система правляется программой, которая находится в памяти центрального компьютера, для контроля и обслуживания всех 10 роботов требуется только два оператора.
5.3. Нанесение различных составов на поверхность.
На большинстве предприятий после таких операций, как резанье, производится обработка поверхности только что изготовленных деталей (чаще всего окраска). Это еще один тип производственных операций, которые способен выполнять робот если его оснастить пульверизатором. В память робота закладывается программа, обеспечивающая выполнение определенной, многократно повторяемой последовательности перемещений. Одновременно программа регулирует скорость разбрызгивания краски. В результате на поверхности окрашиваемой детали образуется равномерное покрытие, причем нередко робот обеспечивает более высокое качество окраски, чем человек, которому свойственна неточность движений. Среди других процедур обработки поверхности можно отметить напыление антикоррозийных жидкостей на листы металла для защиты их от химического или физического воздействия окружающей среды, также нанесение клеевых составов на поверхность деталей подлежащих соединению. Автомобилестроительные компании исследовали возможность применения последней операции на этапе окончательной Уподгонки готовых злов, в частности при монтаже таких элементов, как хромовые вкладыши на кузове автомобиля. При выполнении подобных операций робот помещают в оболочку, которая защищает его от попадания клея и других связующих веществ. Его также можно лобучить тому, чтобы он время от времени самостоятельно очищался, погружая захватное приспособление в очищающую жидкость.
5.4. Чистовая обработка.
Самой непопулярной операцией в механообработке, которая к тому же труднее поддается автоматизации, является, пожалуй, даление заусенцев, посторонних частиц и зачистка.
Такая чистовая обработка - весьма непростая процедура. Рабочий подносит обрабатываемую деталь к абразивному инструменту, который стачивает острые края и шероховатости на поверхности изделия. Данная процедура занимает важное место в технологическом процессе, однако выполнять ее вручную весьма непросто.
Возможности использования роботов для окончательной обработки изделий исследовались во многих странах. Основная трудность здесь состоит в том, что роботы не обладают естественной для человека способностью контролировать качество своей работы, робот не может менять последовательность своих действий, если он не снабжен соответствующими датчиками. Английская фирма, специализирующаяся на изготовлении соединительных элементов водопроводных труб, осуществила проект, который позволил оснастить робот простейшей системой машинного зрения в виде телевизионной камеры. Предположим, робот держит какую-то деталь, например латунный водопроводный кран; телекамера передает изображение крана в компьютер, который в свою очередь регулирует прижатие шлифовального ремня, стачивающего неровности на поверхности этой литой детали. Кроме того, компьютер правляет перемещением манипулятора робота. Таким образом, действия всех компонентов системы - телекамеры, основного манипулятора, регулирующего прижатие шлифовального ремня, - взаимно скоординированы.
5.5. Испытания и контроль.
После того как изготовлена деталь или смонтировано несколько узлов, обычно проводится их испытание с целью выявления возможных дефектов. Тщательному контролю подвергаются линейные размеры деталей. Все измерительные операции являются частью повседневных задач, решаемых на всех предприятиях мира. Роботы способны облегчить их выполнение. Для этой цели роботы оснащаются миниатюрными оптическими датчиками; как правило, это светодиоды, объединенные с полупроводниковыми светочувствительными приборами. Облучая проверяемую поверхность лучом определенной частоты, подобный датчик принимает отраженное от поверхности излучение, имеющее туже частоту. Робот, в соответствии с заложенной в нем программой, перемещает датчик от одной точки контролируемого изделия к другой. По результатам измерения интервала времени между моментом испускания светового импульса и его приема после отражения рассчитывается форма проверяемой поверхности. Все эти действия выполняет компьютер данной автоматизированной системы.
Операции подобного рода позволяют избежать использование таких инструментов, как микрометры и штангенциркули. Подобные робототехнические средства впервые использовала компания Дженерал моторс для контроля формы и размеров автомобильных деталей. При использовании такой роботизированной системы отпадает необходимость в отправке изделий на специальные пункты контроля качества - соответствующие процедуры можно осуществлять непосредственно на конвейере, не прерывая производственного процесса.
5.6. Сборка.
Большой объем работ на современных предприятий приходится на сборочные операции, однако многие из них требуют особо мастерства и слишком сложны для машины. В связи с этим значительная часть сборки до сих пор выполняется вручную. Тем не менее, ряд сборочных процессов же автоматизирован; это относится главным образом к относительно простым и многократно повторяющимся операциям.
На примере фирмы IBM можно проследить, как проходили эксперименты по применению роботов в сборочных процессах. Эта крупнейшая фирма по производству компьютеров не только продает роботы, предназначенные для сборки, но и использует их на собственных предприятиях во многих странах. На заводе этой компании в Гриноке (Шотландия) занимаются созданием лостровков автоматизации - комплексов, содержащих большое количество компьютеризированных механизмов, которыми производят сборку изделий при минимальном частии человека. По оценке специалистов фирмы IBM, в результате автоматизации ежегодный объем продукции предприятия вырос в 10 раз по сравнению с 1974 годом, тогда как число работающих на нем осталось практически неизменным.
Один из таких лостровков представляет собой производственную линию, на которой изготавливаются логические блоки с силовыми каскадами. Линия включает процессоры и источники питания для дисплеев, входящих в состав микрокомпьютеров. На линии производится сборка четырех компонентов: Двух частей пластмассового корпуса стройства, блока электрических цепей и пластмассовой платы со смонтированным на ней набором микросхем.
Для монтажа каждого блока требуется всего два винта, которые подаются в рабочие органы роботов специальными механизмами - питателями. Роботы сами вводят винты в соответствующие отверстия изделия. Для правления всей производственной линией достаточно пяти человек. По данным фирмы IBM, для изготовления такого же количества стройств традиционными методами ручной сборки потребовалось бы вчетверо больше рабочих.
Проявляется тенденция к созданию связей, в рамках предприятия, между системами автоматической сборки подобных описанной выше. Например, с помощью автоматических транспортных средств, которые перемещают изделия, находящихся на тех или иных стадиях готовности.
5.7. Монтаж печатных плат.
Еще одна отрасль производства, где роботы-сборщики могли бы найти широкое применение монтаж электронных компонентов на печатных платах. Некоторые из таких операций могут выполнять специализированные сборочные комплексы, однако, по существу, они представляют собой манипуляторы, рассчитанные на решение строго определенных задач; их нельзя запрограммировать таким образом, чтобы они выполняли какие-то другие операции или манипулировали нестандартными компонентами. Поэтому при использовании подобных становок предназначенных для зкоспециализированного монтажа комплекты компонентов стандартной формы загружаются в накопительные желоба многоячеечных магазинов, похожих на патронташ. Эти магазины перемещаются мимо механического захвата, который поочередно извлекает оттуда компоненты и устанавливает их в нужные места на плате.
6. Заключение.
Как показал опыт внедрения, робототехника является новой формой технической и организационной ячейки, наиболее полно отвечающей потребностям современного производства. Робототехника - гибкая, экономная и рациональная форма обработки деталей и изделий более высокой стоимости и лучшего качества средними и малыми сериями. Робототехника реализует стремление к снижению напряженности человека в работе, связаой с необходимостью приноравливаться к циклу машины, принводит к замене конвейерных линий сборочными бригадами, в основу правления которыми положен бригадный подряд.
Применение современных промышленных роботов увеличивает производительность оборудования и выпуск продукции, лучшает качество продукции, заменяет человека на монотонных и тяжелых работах, помогает экономить материалы и энергию. Кроме того, они обладают достаточной гибкостью, чтобы использовать их при выпуске продукции средними и малыми партиями, т. е. в той области, где традиционные средства автоматизации неприменимы. Мелкосерийная продукция имеет большой рынок.
7. Список использованной литературы.
1. Шахинпур М. Курс робототехники: Пер. с англ. - М.; Мир, 1990.
527 с.
2. Попов Е.П., Письменный Г.В. Основы робототехники: Введение в специальность: учеб. для вузов по спец. Роботехнические системы и комплексы - М.: Высш. шк., 1990. - 224 с.
3. Кочтюк В.И., Гавриш А.П., Карлов А.Г. Промышленные роботы: Коеструирование, правление, эксплуатация: Вища. шк. Головне издательство, 1985.
4. Фу К., Гансалес Ф., Лик К. Робототехника: Перевод с англ. - М. Мир; 1989. - 624.
5. Бабич А.В., Баранов А.Г., Калабин И.В. и др. Промышленная робототехника: Под редакцией Шифрина Я.А. - М.: Машиностроение, 1982 - 415 с.
6. В.И. Захарова и М.П. Васильева Промышленные роботы - М. 1992 - 286 с.
7. Ресурсы Internet.